Propriedades e Ensaios mecânicos

Neste subcapítulo pretende-se evidenciar os fundamentos teóricos das diversas propriedades mecânicas estudadas ao longo deste estudo na caracterização mecânica das amostras.

2.6.1 Dureza

Os ensaios de dureza tratam-se de um dos ensaios mais utilizados na indústria metalomecânica, sendo empregues no controlo de qualidade em materiais de peças acabadas. A simplicidade de execução e o baixo custo dos equipamentos justificam a sua utilização generalizada. A dureza de um metal pode definir-se de várias maneiras, sendo, no entanto, a definição mais usual a resistência do material à indentação ou penetração [34]. A determinação da dureza tem a finalidade de saber se o material atingiu uma determinada condição metalúrgica e/ou mecânica, podendo servir como aproximação grosseira à determinação do valor da tensão de rutura. Os principais tipos de ensaios de dureza utilizados quer na indústria quer na área da investigação são os seguintes: Ensaio de Brinell, Ensaio de Vickers, Ensaio de Rockwell.

O ensaio de Vickers usa uma pirâmide quadrangular de diamante como instrumento de impressão [34]. O ângulo entre as faces opostas da pirâmide é 136º, valor que foi escolhido de

Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica

19 modo a existir uma boa relação entre o valor das durezas Vickers e Brinell. Esse ângulo de 136º corresponde à geometria de uma impressão dada por uma razão d/D = 0,375, considerando a pirâmide tangente à esfera de diâmetro D do ensaio de Brinell. No ensaio de Vickers a dureza é definida da mesma maneiro do que no ensaio de Brinell, isto é, o quociente entre a carga e a área de contato da impressão. A figura que se segue pretende elucidar a geometria da indentação no ensaio de Vickers.

Figura 9 – Geometria da indentação no ensaio de Vickers (reproduzido de [34])

Este ensaio oferece duas vantagens relativamente ao ensaio de Brinell. Em primeiro lugar, verifica-se uma semelhança geométrica entre impressões provocadas por diferentes cargas, o que torna a obtenção do valor da dureza praticamente independente da carga, exceto para cargas muito baixas. Em segundo lugar, o ensaio de Vickers possibilita a obtenção de valores de dureza para materiais muito duros (até 1500 HV), o que não é possível com o ensaio de Brinell.

2.6.2 Ensaio de Corte

O ensaio de corte trata-se de um ensaio muito usado em investigações científicas. Este ensaio pode ser caraterizado essencialmente pelos seguintes aspetos:

 Trata-se de um teste simples e relativamente rápido de executar;

 Teste que permite com facilidade garantir uma reprodutibilidade de resultados;  Requere o uso de um sistema auxiliar para ficar a amostra/provete a ensaiar;

 Teste que não permite com exatidão a obtenção do valor da tensão de cedência do material ao corte;

 Teste que permite obter a tensão e a extensão de rutura ao corte dos materiais ensaiados. De seguida apresenta-se uma imagem exemplificativa de um ensaio de corte comum.

De seguida, apresenta-se um gráfico típico de um ensaio de corte no que à relação entre a carga (N) e a extensão (mm) diz respeito.

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Gráfico 1 - Exemplificação da relação entre a carga e o deslocamento ao longo de um ensaio de corte

2.6.3 Ensaio de Tração

O ensaio de tração trata-se de um dos ensaios mais amplamente usado dada a sua facilidade de execução e reprodutibilidade de resultados. Este ensaio usa-se, por um lado, na investigação como meio de quantificar as propriedades mecânicas e, por outro lado, no processo industrial como forma de controlo de qualidade.

Este ensaio consiste na aplicação de uma força de tração uniaxial, continuamente crescente, à medida que se regista a força e a deformação de uma determinada seção através de instrumentos apropriados. Os resultados deste teste apresentam-se sob a forma de gráficos de tensão versus deformação usando instrumentos de medição (extensómetros) ou simplesmente gráficos de carga versus deslocamento [34].

A realização deste teste requer uma preparação prévia que se trata da produção de provetes que de acordo com diferentes normas podem apresentar aspetos diferentes. Contudo, existem sempre três zonas no provete designadas por zonas de amarração, entalhe e zona útil. As zonas de amarração tratam-se das zonas onde os provetes são fixados ao equipamento ou a sistemas de fixação. A zona útil trata-se da zona onde se dá a rutura do provete e o entalhe corresponde à zona de ligação entras as zonas referidas anteriormente. A figura que segue evidencia os dois tipos de provetes mais comuns usados em ensaios de tração.

0 3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Ca rga (N) Extensão (mm)

Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica

21 Figura 10 – Provetes típicos usados nos ensaios de tração

Os equipamentos que permitem a realização dos ensaios de tração são normalmente prensas que dispõem de duas plataformas, sendo uma delas fixa e outra móvel. Normalmente são usados sistemas de maxilas que fazem a fixação dos provetes nas zonas de amarração. O acionamento da plataforma móvel pode ser feito por via elétrica, mecânica ou hidráulica. Os extensómetros são muitas vezes usados neste teste. Estes instrumentos de medição que na maioria dos casos são do tipo indutivo ou resistivo permitem obter a informação do alongamento expresso em percentagem do comprimento inicial do extensómetro.

2.6.4 Desgaste

O desgaste consiste num fenómeno natural que ocorre como consequência do contacto entre duas superfícies com movimento relativo entre elas. Contudo, o conceito de desgaste adquiriu ao longo do tempo uma abrangência muito superior a esse simples fenómeno. A maioria das superfícies que desenvolvem movimento relativo apresentam uma área de contacto real muito menor do que a área nominal de contacto. As cargas aplicadas são suportadas por um número pequeno de asperidades locais, sendo essas, os locais reais de contacto e de desgaste. O comportamento ao desgaste entre duas superfícies resulta portanto da interação entre esses contactos locais das asperidades [35].

Vários autores caracterizam os mecanismos de desgaste de forma diferenciada, contudo, muitos consideram a existência de 4 principais mecanismos de desgaste esquematizados na figura seguinte: 1 – Adesão; 2 – Abrasão; 3 – Fadiga; 4 – Corrosão; Embora existam outros mecanismos como, por exemplo, oxidação, erosão por cavitação e impacto, entre outros [35].

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Figura 11 – Representação esquemática dos principais tipos de desgaste

 1: adesão do material menos duro na superfície do material mais duro ao longo do deslizamento. Segundo a lei de Archard existe uma correlação direta entre a dureza e o desgaste. Quanto mais duro é um material maior será a sua resistência ao desgaste.  2: desgaste por abrasão que resulta da perda de massa pela interação entre partículas ou

asperezas duras que são forçadas contra uma superfície ao longo de um determinado movimento.

 3: fadiga de contato que decorre do contacto por rolamento entre duas superfícies.

 4: desgaste que ocorre na fricção entre duas superfícies em que uma delas apresenta a sua superfície sob o efeito da corrosão. Este tipo de desgaste tem a particularidade de puder levar à ocorrência de outros tipos de desgaste aquando da libertação dos óxidos da superfície corroída.